Introducción a la Ingeniería Geológica

Vista previa del material en texto

PWiimir
( ¿ • 'll ll t iM 'J rm m r
‘ 11 • *• *■
Coordinador:
Luis I. Gonzalez de Vallejo
PE A R SO N
Prentice
Hall
INGENIERÍA GEOLÓGICA
CONTENIDO
PRÓLOGO
PARTE I
FUNDAMENTOS Y MÉTODOS
I INTRODUCCION A LA INGENIERÍA GEOLÓGICA
1.1. DEFINICIÓN E IMPORTANCIA 
DE LA INGENIERÍA GEOLÓGICA
1.2. EL MEDIO GEOLÓGICO Y SU RELACIÓN 
CON LA INGENIERÍA
1J . FACTORES GEOLÓGICOS
Y PROBLEMAS GEOTÉCNICOS
1.4. MÉTODOS Y APLICACIONES 
EN INGENIERÍA GEOLÓGICA
1.5. FUENTES DE INFORMACIÓN EN 
INGENIERÍA GEOLÓGICA
1.6. ESTRUCTURA DEL LIBRO 
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
2 MECANICA DEL SUELO
2.1. INTRODUCCIÓN
Origen y formación de los suelos 
Los suelos en ingeniería geológica
2.2. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE
SUELOS 20
Tipos de suelo 20
Distribución granulom étrica 22
Plasticidad 23
Estado de los suelos 25
2 3 . PERMEABILIDAD. FILTRACIONES
Y REDES DE FLUJO 27
Carga total. Teorema de Bernouilli 27
El agua en reposo. Presiones hidrostáticas 28
El flujo de agua en el terreno 29
Conceptos básicos. Pérdidas de carga 
y permeabilidad 29
Carga hidráulica en el suelo. Gradiente 
hidráulico 30
Ley de Darcy 30
Flujo estacionario en medio isótropo 31
Flujo estacionario en medio anisótropo 36
Permeabilidad y flujo en suelos 
estratificados 36
2.4. TENSIONES EFECTIVAS 39
Las fases y la estructura del suelo 39
Suelos saturados. El postulado de las 
tensiones efectivas 41
Fuerzas de filtración. Sifonamiento 44
Aplicación de cargas sobre suelos saturados 50
El concepto de la consolidación 50
Conceptos de carga sin drenaje y con 
drenaje 51
Tensiones inducidas en el suelo saturado 
por procesos de carga sin drenaje 53
2.5. LA CONSOLIDACIÓN 57
18 Suelos norm alm ente consolidados
18 y suelos sobreconsolidados 57
18 Las tensiones horizontales en el terreno 64
14
15
16 
16
Factores complementarios que influyen 
en la estructura y comportamiento 
del suelo
El ensayo edométrico
2.6. RESISTENCIA AL CORTE 
Introducción
Criterio de ro tura 
El ensayo de corte directo 
Comportamiento de los suelos sometidos 
a corte
Suelos granulares 
Suelos arcillosos 
El ensayo triaxial
Dispositivo de ensayo 
Tipos de ensayo 
El ensayo de compresión simple
2.7. INFLUENCIA DE LA MINERALOGÍA
Y LA FÁBRICA EN LAS PROPIEDADES 
GEOTÉCNICAS DE LOS SUELOS 
Minerales de arcilla de interés geotécnico 
Propiedades físico-químicas 
Propiedades geotécnicas y composición 
mineralógica
M icrofábrica de los suelos arcillosos 
Propiedades geotécnicas y microfábrica 
Resumen
2.8. CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS 
DE LOS SEDIMENTOS
Depósitos coluviales 
Depósitos aluviales 
Depósitos lacustres 
Depósitos litorales 
Depósitos glaciares
Depósitos de climas áridos y desérticos 
Depósitos evaporíticos 
Depósitos de climas tropicales 
Depósitos de origen volcánico
2.9. PROBLEMAS PLANTEADOS POR 
LOS SUELOS EN INGENIERÍA 
Suelos con problemática especial
Arcillas expansivas 
Suelos dispersivos 
Suelos salinos y agresivos 
Suelos colapsables
La acción del hielo y el «permafrost» 
Fangos blandos y sensitivos 
Suelos licuefactables
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
3 MECÁNICA DE ROCAS
3.1. INTRODUCCIÓN 118
Definición, finalidad y ámbitos de estudio 118 
Rocas y suelos 121
Macizos rocosos 121
3.2. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS
DE LOS MATERIALES ROCOSOS 125
Características del medio rocoso 125
Propiedades físicas de la m atriz rocosa 127
Clasificación de las rocas con fines 
geotécnicos 132
Gasificación de los macizos rocosos 132
Meteorización de los materiales rocosos 134
Procesos de meteorización 134
Meteorización de la matriz rocosa 135
Meteorización de macizos rocosos 137
El agua subterránea 139
Permeabilidad y flujo de agua 139
Efectos sobre las propiedades de los 
macizos rocosos 139
33 . TENSIONES Y DEFORMACIONES
EN LAS ROCAS 141
Fuerzas y tensiones 141
Tensiones sobre un plano 143
Tensiones en tres dimensiones 147
Resistencia y ro tu ra 149
Conceptos básicos 149
Mecanismos de rotura 151
Relaciones tensión-deformación en las 
rocas 152
Criterios de resistencia 156
3.4. RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD
DE LA MATRIZ ROCOSA 158
Resistencia y parám etros resistentes 158
Efectos de la anisotropía y de la presión 
de agua en la resistencia 159
Criterios de rotura 160
Criterio de Mohr-Coulomb 160
Criterio de Hoek y Brown 161
Defor m a b il id ad 163
Ensayos de laboratorio de resistencia 
y deformabilidad 163
Ensayo uniaxial o de compresión simple 165 
Ensayo de compresión triaxial 170
Ensayos de resistencia a tracción 174
Velocidad de ondas sónicas 175
Limitaciones de los ensayos de 
laboratorio 175
65
65
74
74
74
75
78
78
81
84
84
85
89
89
90
92
93
94
97
98
99
99
100
101
101
102
102
103
104
104
106
106
107
110
110
111
112
113
114
114
114
x CO N T E N ID O
3.5. DISCONTINUIDADES 176
Influencia en el comportamiento del macizo 
rocoso 176
Tipos de discontinuidades 178
Características de las discontinuidades 180 
Resistencia al corte de los planos de 
discontinuidad 181
Criterio de Barton y Choubey 185
Discontinuidades con relleno 187
Ensayo de laboratorio de resistencia 
al corte 187
Permeabilidad y presión de agua 189
3.6. RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD
DE MACIZOS ROCOSOS 192
Resistencia 192
Criterios de rotura para macizos rocosos 
isótropos 193
Criterio de Hoek y Brown 193
Criterio de Mohr-Coulomb 197
Criterios de rotura para macizos rocosos 
anisótropos 199
Resumen 199
Deformabilidad de los macizos rocosos 200 
Ensayos in situ para medir la 
deformabilidad 201
Métodos geofísicos 201
Correlaciones empíricas 202
Permeabilidad y presión de agua 205
Efecto escala 207
3.7. LAS TENSIONES NATURALES 214
Origen y tipos de tensiones 214
Factores geológicos y morfológicos 
influyentes en el estado tensional 216
Métodos de medida de las tensiones 
naturales 218
Medida de la dirección de los esfuerzos 
(métodos geológicos) 218
Estimación de la magnitud de las tensiones 
por relaciones empíricas 219
Métodos instrumentales para medir la 
dirección y magnitud de las tensiones 222
3.8. CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS 229 
Clasificación RM R 230
Las clasificaciones geomecánicas en la 
práctica 230
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 234
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 235
j DESCRIPCIÓN DE MACIZOS 
2 ROCOSOS
4.1. METODOLOGÍA Y SISTEMÁTICA 238
4.2. DESCRIPCIÓN Y ZONIFICACIÓN
DEL AFLORAMIENTO 240
4 3 . CARACTERIZACIÓN DE LA MATRIZ
ROCOSA 242
Identificación 242
Meteorización 244
Resistencia 245
4.4. DESCRIPCIÓN DE LAS
DISCONTINUIDADES 246
Orientación 246
Espaciado 248
Continuidad 250
Rugosidad 250
Resistencia de las paredes de la 
discontinuidad 252
A bertura 253
Relleno 253
Filtraciones 255
4 3 . PARÁMETROS DEL MACIZO ROCOSO 256
Número y orientación de familias de 
discontinuidades 256
Tamaño de bloque y grado de fracturación 256 
Grado de meteorización 259
4.6. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA 
Y CARACTERIZACIÓN GLOBAL 
DEL MACIZO ROCOSO 261
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 262
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 262
HIDROGEOLOGÍA
5.1. FORMACIONES GEOLÓGICAS Y SU 
COMPORTAMIENTO FRENTE
AL AGUA 264
Tipos de acuífero y su comportamiento 264
Nivel piezométrico 267
Movimiento del agua en los acufferos 268
5.2. PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS 
CARACTERÍSTICOS DE LAS 
FORMACIONES GEOLÓGICAS 271
Porosidad 271
C O N T E N ID O xi
Coeficiente de almacenamiento 272
Permeabilidad 273
Transmis ividad 274
5 3 . FLUJO. LEY DE DARCY
Y ECUACIONES FUNDAMENTALES 
DEL FLUJO EN MEDIOS POROSOS 274
Ley de Darcy 274
Velocidad de Darcy y velocidad real 276
Generalización de la ley de Darcy 276
Ecuación de la continuidad para flujo 
estacionario 277
Ecuación de Laplace 277
Ecuación de Poisson 278
Ecuación del flujo en régimen 
transitorio 279
5.4. MÉTODOS DE EVALUACIÓN DE 
PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS 280 
Ensayos de bombeo 280
Ensayos de inyección 290
Ensayos con trazadores 290
5.5. MÉTODOS DE RESOLUCIÓN 292
Métodos analíticos 293
Redes de flujo 294
Métodos numéricos 295
5.6. PROPIEDADES QUÍMICAS
DEL AGUA 297
Calidad química de las aguas
subterráneas 297
Procesos físico-químicos. Interacción
agua-a cuífer o 298
Contaminación y contaminantes de las
aguas subterráneas299
Actividades antrópicas 300
Mecanismos de introducción y propagación
de la contaminación 301
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 302
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 302
U INVESTIGACIONES 1N SITU
6.1. DISEÑO Y PLANIFICACIÓN DE LAS
INVESTIGACIONES IN SITU 304
Objetivos e im portancia 304
Planificación de las investigaciones itt situ 306
6.2. ESTUDIOS PREVIOS 308
Revisión de información y antecedentes 308
Fotointerpretación y teledetección 309
Fotoi nterpretac ió n 310
Teledetección 311
Reconocimientos geológicos y geotécnicos 
de campo 315
Conclusión 316
63 . SONDEOS GEOTÉCNICOS Y
CALICATAS 316
Sondeos geotécnicos 316
Sondeos a rotación 317
Sondeos con barrena helicoidal 318
Sondeos a percusión 320
Perforaciones especiales 320
Número y profundidad de sondeos 320
Presentación de los datos de perforación 321 
Calicatas 321
M uestras geotécnicas 322
Testificación geotècnica 325
6.4. PROSPECCIÓN GEOFÍSICA 329
Geofísica de superficie 329
Métodos eléctricos 329
Métodos sísmicos 331
Métodos electromagnéticos 334
Métodos gravimétríeos 336
Métodos magnéticos 337
Geofísica en el interior de sondeos 337
Testificación geofísica 337
Sísmica en sondeos 339
Tomografia sísmica 340
6.5. ENSAYOS IN SITU 340
Ensayos de resistencia 341
Ensayos en suelos 341
Ensayo de penetración estándar (SPT) 341 
Ensayos de penetración dinámica 342 
Ensayos de penetración estática 344
Ensayo de molinete 345
Ensayos en la matriz rocosa 345
Esclerómetro o martillo Schmidt 346
Ensayo de carga puntual 348
Ensayos en discontinuidades 348
Ensayo de resistencia al corte 348
Tilt test 350
Ensayos de deformabilidad 351
Ensayos en suelos 351
Ensayo presiométrico 351
Ensayo de placa de carga 352
Ensayos en macizos rocosos 353
Ensayo diiatométrico 353
Ensayo de placa de carga 354
Ensayo de gato plano 354
Métodos sísmicos 357
x i i CO N T E N ID O
Ensayos para medida de las tensiones 
naturales 357
Ensayos de permeabilidad 357
Ensayos en suelos 357
Ensayo Lefranc 358
Ensayo de Gilg-Gavard 358
Ensayo de Matsuo 359
Ensayo de Haefeli 359
Ensayos en macizos rocosos 359
Ensayo Lugeon 359
6.6. INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA 362
Medida de desplazamientos 363
Desplazamientos entre puntos próximos 363 
Desplazamientos entre puntos situados 
en superficie 364
Desplazamientos profundos 364
Medida de presiones intersticiales 366
Medida de presiones 366
6.7. RESUMEN 368
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 372
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 372
/ MAPAS GEOTÉCNICOS
7.1. DEFINICIÓN 376
7.2. TIPOS DE MAPAS 376
Clasificación 376
Contenido de los mapas geotécnicos 378
Clasificación y propiedades geotécnicas 
de suelos y rocas 378
Condiciones hidrogeológicas 381
Condiciones geomorfológicas 382
Procesos geodinámicos 382
7 3 . MÉTODOS CARTOGRAFICOS 382
Zonificación geotècnica 382
Representación de datos 383
Cartografía automática 384
Cortes geotécnicos 384
7.4. (»T E N C IÓ N DE DATOS 385
7 3 . APLICACIONES 386
Planificación 386
Ingeniería 389
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 390
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 390
PARTE II APLICACIONES
8 CIMENTACIONES
8.1. INTRODUCCIÓN 394
Criterios generales de diseño 394
Fases de estudio 395
8.2. CIMENTACIONES DIRECTAS 395
Tipos de cimentación 395
Presión de hundimiento 395
Definiciones básicas 397
Cálculo de la presión de hundimiento 398 
Capacidad de caiga en condiciones 
sin drenaje 398
Capacidad de caiga en condiciones 
drenadas 399
Coeficiente de seguridad. Presión admisible 
con respecto al hundimiento 400
Distribución de presiones bajo 
cimentaciones directas 400
Distribución de tensiones en el terreno 
bajo áreas cargadas 403
La estimación de asientos en suelos 406
Consideraciones generales 406
Asiento instantáneo, de consolidación 
primaria y de consolidación secundaria 407
Asientos instantáneos y de consolidación 
primaria en arcillas saturadas 408
Asientos en terrenos granulares 409
Asientos en arcillas rígidas 410
83 . CIMENTACIONES PROFUNDAS 411
Tipos de pilote 411
Pilote aislado 412
Determinación de la carga de hundimiento 415 
Grupo de pilotes 417
Rozamiento negativo sobre los pilotes 417
Empujes laterales del terreno sobre 
los pilotes 418
8.4. CIMENTACIONES SUPERFICIALES
EN ROCA 419
Método de Serrano y Olalla 419
83 . CIMENTACIONES EN CONDICIONES
GEOLÓGICAS COM PLEJAS 421
Suelos expansivos 421
Suelos colapsables 423
Cavidades kársticas 423
Cavidades en rocas volcánicas 425
C O N T E N ID O xiii
Rellenos antrópicos 425
Suelos blandos 425
8.6. RECONOCIMIENTOS GEOTÉCNICOS 425
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 428
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 428
J TALUDES
9.1. INTRODUCCIÓN 430
9.2. INVESTIGACIONES IN SITU 431
9 3 . FACTORES INFLUYENTES EN LA
ESTABILIDAD 432
Estratigrafía y litología 433
Estructura geológica y discontinuidades 433 
Condiciones hidrogeológicas 434
Propiedades geomecánicas de los suelos 
y de los macizos rocosos 436
Tensiones naturales 438
Otros factores 438
9.4. TIPOS DE ROTURA 439
Taludes en suelos 439
Taludes en rocas 440
Rotura plana 440
Rotura en cuña 442
Vuelco de estratos 443
Rotura por pandeo 443
Rotura curva 444
9 3 . ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD 445
Introducción 445
Métodos de equilibrio límite 446
Taludes en suelos 447
Taludes en rocas 457
Métodos tenso-deformacionales 467
Clasificación geomecánica de taludes 469
índice SMR 469
9.6. MEDIDAS DE ESTABILIZACIÓN 470
Introducción 470
Métodos de estabilización 471
Modificación de la geometría 471
Medidas de drenaje 473
Elementos estructurales resistentes 474
Muros y elementos de contención 477
Medidas de protección superficial 479
9.7. INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL 480
9.8. EXCAVACIÓN DE TALUDES 483
Criterios de excavabilidad 484
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 486
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 486
TÚNELES
10.1. INTRODUCCIÓN 488
10.2. INVESTIGACIONES IN SITU 490
103. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES
GEOLÓGICAS 494
Estructura geológica 494
Discontinuidades 495
Resistencia de la matriz rocosa 496
Condiciones hidrogeológicas 497
Estado tensional 499
Métodos de análisis 499
Efectos de las tensiones elevadas 500
10.4. PARÁMETROS GEOM ECÁNICOS DE
DISEÑO 500
Datos geológicos y geomecánicos 500
Resistencia y deformabilidad 501
Magnitud y dirección de las tensiones 
naturales 501
índice SRF 501
Método de Sheorey 503
Caudales y presiones de agua 504
103. CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS 508
Clasificación Q 508
Clasificación SRC 508
Criterios para la aplicación de las 
clasificaciones geomecanicas 514
10.6. ESTIMACIÓN DE LOS
SOSTENIMIENTOS POR MÉTODOS 
EM PÍRICOS 516
Sostenimientos a partir del índice RM R 516 
Sostenimientos a partir del índice Q 516
10.7. CRITERIOS DE EXCAVABILIDAD 519
10.8. MÉTODOS DE EXCAVACIÓN
Y DE SOSTENIMIENTO DE TÚNELES 
EN ROCA 521
Métodos de excavación 524
Fases de excavación 526
Elementos de sostenimiento 526
Tratamientos especiales 528
xiv CO N T E N ID O
El Nuevo Método Austríaco 528
Emboquilles 529
10.9. MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN
DE TÚNELES EN SUELOS 530
Métodos no mecanizados 530
Métodos semi-mecánicos 531
Métodos de excavación mecanizada 532
10.10. CONSIDERACIONES
GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS 
DURANTE LA CONSTRUCCIÓN 533
Problemas geológico-geotécnicos 533
Control geológico-geotécnico 535
Influencia de la excavación en 
estructuras próximas 536
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 538
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 539
_PRESAS
11.1. INTRODUCCIÓN 542
11.2. TIPOS DE PRESA Y ESTRUCTURAS
AUXILIARES 544
Tipos de presa 544
Presas de materiales sueltos 544
Presas de fábrica 545
Estructuras auxiliares 547
113. METODOLOGÍA DE LOS ESTUDIOS
GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS 548
11.4. RECONOCIMIENTOS GEOLÓGICOS
E INVESTIGACIONES IN SITU 550
11.5. CRITERIOS GEOLÓGICO- 
GEOTÉCNICOS DE SELECCIÓN
DE PRESAS 554
Criterios generales 554
Características de la cimentación 555
Disponibilidad de materiales 555
Riesgo de erosión interna 555
Emplazamiento de estructuras auxiliares 556
Condiciones para presas de materiales 
sueltos 556
Condiciones para presas de hormigón 557
Consideraciones medioambientales 557
11.6. MATERIALES GEOLÓGICOS PARA
LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS 558
Investigaciones geológicas
para el estudio de préstamos 558
Tipología de losmateriales
Núcleos 
Espaldones 
Filtros y drenes 
Áridos para hormigones
11.7. ESTANQUEIDAD 
DE EMBALSES
11.8. PERMEABILIDAD DE CERRADAS 
Subpresiones
Erosión interna
Permeabilidad y control de filtraciones
11.9. ESTABILIDAD DE LADERAS 
EN EMBALSES
11.10. CONDICIONES 
GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS DE 
CIMENTACIÓN DE PRESAS 
Condiciones generales
Fuerzas ejercidas 
Mecanismos de rotura 
Distribución de tensiones 
Tratam ientos
Problemas geológicos y posibles 
soluciones
11.11. NEOTECTÓNICA Y SISMICIDAD 
NATURAL E INDUCIDA
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1L ESTRUCTURAS DE TIERRAS
12.1. INTRODUCCIÓN
12.2. METODOLOGÍA DE DISEÑO
123. MATERIALES 
Terraplenes
Pedraplenes y reDenos tipo «todo uno» 
Escolleras
12.4. PUESTA EN OBRA Y CONTROL
12.5. TERRAPLENES SOBRE SUELOS 
BLANDOS
12.6. TERRAPLENES A MEDIA LADERA 
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
558
558
559
560 
560
561
562
562
563
564
565
567
567
567
568
570
571
574
576
578
578
580
581
585
585
588
590
590
594
5%
598
5 98
C O N T E N ID O X V
RECAPITULACIÓN DE LA PARTE II 599
PARTE III
RIESGOS GEOLÓGICOS
PREVENCION DE 
RIESGOS GEOLÓGICOS
13.1. LOS RIESGOS GEOLÓGICOS 608
13.2. PELIGROSIDAD, RIESGO Y 
VULNERABILIDAD 609
133. CRITERIOS DE SEGURIDAD EN
INGENIERÍA GEOLÓGICA 613
13.4. PREVENCIÓN Y MITIGACIÓN
DE LOS RIESGOS 615
133. MAPAS DE PELIGROSIDAD
Y DE RIESGO 616
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 619
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 619
DESLIZAMIENTOS Y OTROS 
MOVIMIENTOS DEL TERRENO
14.1. INTRODUCCIÓN 622
14.2. MOVIMIENTOS DE LADERA 622
Tipos de movimiento 623
Deslizamientos 623
Flujos 626
Desprendimientos 628
Avalanchas rocosas 628
Desplazamientos laterales 629
Causas de los movimientos de ladera 629 
Precipitaciones y condiciones climáticas 632 
Cambios del nivel de agua 636
Procesos erosivos 636
Terremotos 636
Vulcanismo 637
Acciones antrópicas 638
143. INVESTIGACIÓN DE
DESLIZAMIENTOS 638
Reconocimientos generales 639
Análisis de los procesos 
Investigaciones de detalle
Análisis de estabilidad 
Instrumentación 
Sistemas de alarma
14.4. MEDIDAS DE CORRECCIÓN
Estabilización y protección frente a 
desprendimientos rocosos
143. HUNDIMIENTOS Y SUBSIDENCIAS 
Tipos de movimiento y causas 
Hundimientos 
Subsidencias 
Investigación de los procesos 
Medidas de corrección
14.6. PREVENCIÓN DE RIESGOS POR 
MOVIMIENTOS DEL TERRENO 
M apas de susceptibilidad y de 
peligrosidad
Mapas de movimientos de ladera 
Mapas de hundimientos y subsidencias
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
15 RIESGO SÍSMICO
15.1. INTRODUCCIÓN
15.2. FALLAS Y TERREM OTOS
Las fallas como fuente de los terremotos 
El régimen de stick-slip y el ciclo sísmico 
El modelo de las fallas sísmicas 
Tasas de deslizamiento y periodo de 
recurrencia
El registro geológico de la actividad en 
fallas
El estudio de las fallas sísmicas
153. ANÁLISIS DE LA SISMICIDAD
15.4. ANÁLISIS DE LA PELIGROSIDAD 
SÍSMICA
Método determinista 
Métodos probabiüstas
153. RESPUESTA SÍSMICA EN EL 
EMPLAZAMIENTO 
Terrem oto característico
644
645
649
650
650
651
652
655
655
655
656
658
659
659
660 
661 
662
663
663
666
666
666
667
669
669
670 
672
675
676
676
678
680
680
X V i CO N T E N ID O
Parám etros sísmicos del movimiento del 
terreno 680
Modificación del movimiento del terreno 
por condiciones locales 681
15.6. EFECTOS INDUCIDOS POR LOS 
TERREMOTOS EN EL TERRENO 683
Susceptibilidad de licuefacción 684
Deslizamientos inducidos por sismos 685
Roturas por fallas 687
15.7. APLICACIONES EN INGENIERÍA 
GEOLÓGICA 688
Estudios de riesgo sísmico para 
emplazamientos 689
Microzonación sísmica 689
Estimación de la vulnerabilidad
sísmica 690
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 694
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 694
APENDICE A
Tabla de conversión de unidades
de presión 697
APÉNDICE B
Símbolos y acrónim os 699
APÉNDICE C
Permisos de reproducción de figuras 705
ÍNDICE ANALÍTICO 709
C O N T E N ID O xvii
FUNDAMENTOS 
Y MÉTODOS
CAPITULO 1
CONTENIDO
INTRODUCCION A LA 
INGENIERIA GEOLÓGICA
Definición e importancia de la ingeniería geológica 
El medio geológico y su relación con la ingeniería 
Factores geológicos y problemas geotécnicos 
Métodos y aplicaciones en ingeniería geológica 
Fuentes de información en ingeniería geológica 
Estructura del libro
i I
Definición e importancia de la ingeniería 
geológica
La ingeniería geológica es la ciencia aplicada al estu­
dio y solución de los problemas de la ingeniería y del 
medio ambiente producidos como consecuencia de la 
interacción entre las actividades humanas y el medio 
geológico. El fin de la ingeniería geológica es asegu­
rar que los factores geológicos condicionantes de las 
obras de ingeniería sean tenidos en cuenta e interpre­
tados adecuadamente, así como evitar o mitigar las 
consecuencias de los riesgos geológicos.
La ingeniería geológica suige con el desarrollo de 
las grandes obras públicas y el crecimiento urbano, 
diferenciándose como especialidad de la geología a 
mediados del siglo xx. La rotura de algunas presas 
por causas geológicas y sus graves consecuencias, in­
cluyendo la pérdida de cientos de vidas humanas, 
como la presa de San Francisco (California, 1928), la 
de Vajont (Italia, 1963) y la de Malpasset (Francia, 
1959), los deslizamientos durante la construcción del 
Canal de Panamá en las primeras décadas del siglo, o 
las roturas de taludes en los ferrocarriles suecos en 
1912, fueron algunos de los hitos que marcaron la ne­
cesidad de llevar a cabo estudios geológicos aplicados 
a la ingeniería.
El desarrollo que alcanzaron otras ciencias afines, 
como la mecánica del suelo y la mecánica de rocas, 
configuraron los principios de la moderna geotecnia, 
dentro de la cual la ingeniería geológica representa 
la visión más geológica a la solución de los proble­
mas constructivos (Figura 1.1). En la geotecnia se 
integran las técnicas de ingeniería del terreno aplica­
das a las cimentaciones, refuerzo, sostenimiento, me­
jora y excavación del terreno y las citadas disciplinas 
de la mecánica del suelo, mecánica de rocas e inge­
niería geológica.
En los albores del siglo xxi, los problemas del desa­
rrollo sostenible, en un frágil equilibrio medioambien­
tal sometido a la inevitable confrontación entre las 
consecuencias del progreso y los procesos geológicos,
junto a la expansión urbana de muchas ciudades que 
crecen incontroladamente en condiciones geológica­
mente adversas, o bajo la amenaza de riesgos natura­
les, constituyen una de las cuestiones prioritarias de la 
ingeniería geológica.
La necesidad de estudiar geológicamente el terreno 
como base de partida para los proyectos de grandes 
obras es indiscutible en la actualidad, y constituye 
una práctica obligatoria. Esta necesidad se extiende a 
otras obras de menor volumen, pero de gran repercu­
sión social, como la edificación, en donde los estudios 
geotécnicos son igualmente obligatorios.
La importancia de la ingeniería geológica se ma­
nifiesta en dos grandes campos de actuación. El pri­
mero corresponde a los proyectos y obras de inge­
niería donde el terreno constituye el soporte, el 
material de excavación, de almacenamiento o de 
construcción. Dentro de este ámbito se incluyen las 
principales obras de infraestructura, edificación, 
obras hidráulicas, marítimas, plantas industriales, 
explotaciones mineras, centrales de energía, etc. La 
participación de la ingeniería geológica en estas acti­
vidades es fundamental al contribuir a su seguridad y 
economía. El segundo campo de actuación se refiere 
a la prevención, mitigación y control de los riesgos 
geológicos, así como de los impactos ambientales de 
las obras públicas, actividades industriales, mineras 
o urbanas.
Ambos campos tienen un peso importante en el 
producto interior bruto de un país, al estar directa­
mente relacionados con los sectores de las infraestruc­
turas, construcción, minería y edificación. En el se­
gundo ámbito de actuación la importancia económica 
y las repercusiones sociales y ambientales sondifíci­
les de valorar, y pueden llegar a ser muy altas o incal­
culables, dependiendo de los daños y de la reducción 
de pérdidas si se aplican medidas de prevención (Fi­
gura 1.2).
2 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
LA INGENIERÍA GEOLÓGICA: UNA VISIÓN DESDE LA GEOLOGÍA HACIA LA INGENIERÍA
GEOLOGÍA
NGENIER ÍA
GEOLÓGICA
Elevación de una playa por procesos 
tectónicos (sur de Grecia)
SOLUCIONES
GEOTÉCNICAS
Construcción de un viaducto
INGENIERÍA
MITIGACIÓN 
DE RIESGOS 
E IMPACTOS 
AMBIENTALES
Desprendimientos en acantilados basálticos 
(Madera) (cortesía de D. Rodrigues)
Construcción de una presa
(Fotos L. G. de Vallejo)
Figura 1.1 Ingeniería geológica, geología e ingeniería civil.
0
x
1
INUNDACIONES TERREMOTOS DESLIZAMIENTOS EROSIÓN
| | Pérdidas si no se aplican
medidas de prevención
Pérdidas si se aplican 
medidas de prevención
| Coste de las medidas 
de prevención
RATIO BENEROO/COSTE
DESLIZAMIENTOS 8,0
TERREMOTOS 5,1
EROSIÓN 1,4
INUNDACIONES 1,8
Proyección a 30 años e hipótesis de riesgo máximo.
Ratio beneficio / coste: pérdidas por riesgos geológicos menos las pérdidas si se aplican medidas preventivas, divididas por el coste de las 
medidas de prevención.
Pérdidas económicas por riesgos geológicos en España. Impacto económico y social de los riegos geológicos en 
España (IGME, 1987).
I _
Figura 1.2
IN TR O D U C C IÓ N A LA IN G E N IE R IA G E OLÓ GICA 3
El deslizamiento de El Berrinche, Tegucigalpa (Honduras)
Este deslizamiento se produjo como consecuencia del 
huracán Mitch el 30 de octubre de 1998. El huracán, que 
asoló Centroamérica, ocasionó más de 25.000 muertos y 
una cifra incalculable de pérdidas. Las consecuencias 
fueron muy agravadas por la intensa deforestación y ocu­
pación urbana de laderas inestables. Los deslizamientos 
ocurridos en algunas de las laderas populosas coloniza­
das por inffaviviendas que rodean la ciudad de Teguci- 
galpa causaron daños muy elevados, quizás el mayor nú­
mero de viviendas destruidas y personas afectadas por 
deslizamientos en la capital de un país que ninguna otra 
catástrofe haya producido hasta entonces, con pérdidas 
de vidas humanas y económicas irrecuperables que afec­
taron a centenares de familias.
El deslizamiento de El Berrinche, que destruyó el ba­
rrio del mismo nombre y afectó parcialmente a otros, 
provocó el represamiento del río Choluteca y, conse­
cuentemente, la inundación destructiva de las zonas más 
bajas de la ciudad, con gran número de víctimas, tras 
cambiar el río su curso e internarse en el interior de zo­
nas urbanizadas. La corriente de lodo arrastró gran canti­
dad de vegetación, vehículos y fragmentos de viviendas,
alcanzó una altura de varios metros sobre las calles, da­
ñando infraestructuras básicas de la ciudad.
En Tegucigalpa esas zonas de riesgo eran ya conocidas, 
y existían algunos mapas de riesgo. Como antecedente, en 
1958 un gran número de casas fueron destruidas en las la­
deras situadas frente al cerro de El Berrinche.
Las intensas lluvias asociadas al huracán Mitch en 
Tegucigalpa han sido una verdadera prueba para la eva­
luación del comportamiento del terreno y su susceptibi­
lidad ante los deslizamientos, denotándose un claro 
comportamiento diferencial de unas zonas a otras en 
función del tipo de materiales geológicos presentes, 
quedando demostrado el control litològico de los proce­
sos de inestabilidad de ladera. De hecho los mayores 
deslizamientos tuvieron lugar en materiales lutíticos y 
limolíticos con intercalaciones de grauvacas y areniscas 
arcillosas del Grupo Valle de Ángeles, materiales muy 
evolutivos frente a la meteorización, mientras que en el 
otro grupo litològico que aflora en la zona, constituido 
por tobas volcánicas masivas (Grupo volcanoclástico 
Padre Miguel), se produjeron algunos desprendimientos 
rocosos aislados.
Vista del deslizamiento afectando parte de la ciudad de Tegucigalpa (foto M. Ferrer).
4 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
El medio geológico y su relación 
con la ingeniería
El medio geológico está en continua evolución y los 
procesos afectan tanto a los materiales rocosos y a los 
suelos como al medio natural en su conjunto. El an­
tròpico, representado por las ciudades, las infraestruc­
turas, obras publicas, etc., irrumpe con frecuencia en 
regiones geológicamente inestables modificando, e 
incluso desencadenando, los procesos geológicos. La 
búsqueda de soluciones armónicas entre el medio 
geológico y el antròpico precisa de la consideración 
previa de ciertos factores diferenciadores entre am­
bos, cuyo desconocimiento es causa de interpretacio­
nes erróneas. Entre estos factores destacan:
— La escala geológica y la ingenieril.
— El tiempo geológico y el antròpico.
— El lenguaje geológico y el ingenieril.
En geología se parte de una visión espacial de los 
fenómenos físicos de la Tierra, con escalas que van 
desde lo cósmico hasta lo microscópico, y el tiempo 
se mide en cientos de millones de años. En ingeniería 
las escalas espaciales y temporales se adaptan a la 
medida de las actividades humanas. Gran parte de los 
procesos geológicos, como la orogénesis, litogénesis, 
etc., tienen lugar a lo laigo de millones de años, y 
condicionan factores tan diferentes como las propie­
dades y características de los materiales y la ocurren­
cia de procesos sísmicos o volcánicos. El hombre co­
mo especie irrumpe en el Cuaternario, con una 
antigüedad del orden de 2 millones de años, frente a 
los 4.600 millones de años de vida del planeta. Sin 
embargo la acción antròpica interviene de forma 
extraordinaria en determinados procesos naturales co­
mo la erosión, sedimentación, e incluso en el clima. 
La posibilidad de acelerar o modificar los procesos 
naturales es uno de los aspectos fundamentales a con­
siderar en ingeniería geológica. Muchas propiedades 
de los materiales geológicos de interés geotécnico co­
mo la permeabilidad, alterabilidad, resistencia, defor- 
mabilidad, etc., o procesos como la disolución, subsi- 
dencia, expansividad, etc., pueden ser sustancialmente 
modificados por la acción humana.
La comparación entre el tiempo geológico y el hu­
mano es fundamental para apreciar las posibles con­
secuencias de los factores y riesgos geológicos. Pue­
de considerarse que la mayoría de las obras se 
proyectan para ser operativas entre 50 y 100 años; 
sin embargo es habitual exigir garantías de seguridad
geológica y ambiental para periodos entre 500 y 
1.000 años, como sucede frente al riesgo de inunda­
ciones, terremotos, etc.; hay circunstancias en las 
que la estabilidad geológica se debe asegurar para 
periodos más largos, como en el almacenamiento de 
residuos radiactivos, donde se contemplan periodos 
de más de 10.000 años.
Considerando la escala humana, muchos procesos 
geológicos, como los riesgos naturales de gran mag­
nitud, tienen en general una probabilidad muy baja 
de ocurrencia. El amplio rango de velocidades con 
que se desarrollan los procesos geológicos, desde ca­
si instantáneos como los terremotos, hasta muy len­
tos como la disolución y la erosión, es otro factor 
que debe ser considerado.
Las escalas cartográficas, como medio de repre­
sentación espacial, son otro de los aspectos dife­
renciales a tener en cuenta. En geología las escalas 
vienen condicionadas por la dimensión de los fenó­
menos o de las unidades geológicas, formaciones, 
estructuras, etc., a representar. La mayoría de los 
mapas geológicos tienen escalas comprendidas entre 
1/1.000.000 y 1/50.000, mientras que en ingenie­
ría las escalas mas frecuentes se encuentran entre 
1/10.000 y 1/500. Los mapas geológicos regionales 
permiten identificar factores que, no estando dentro 
del área específica del proyecto, podrían ser impor­
tantes para apreciar aspectos geológicos regionales, o 
la presencia de riesgos cuyo alcance podría afectar a 
la zona de estudio. Los mapas geológicos a escalas de 
detalle constituyen la práctica habitual en las carto­
grafías geotécnicas, litológicas o temáticas, donde se 
representan discontinuidades,datos hidrogeológicos, 
materiales, etc., a escalas iguales a las del proyecto.
Otro de los problemas que se presenta con frecuen­
cia al integrar datos geológicos en proyectos de inge­
niería es la falta de comunicación entre ambos cam­
pos. Con independencia de la propia terminología 
geológica o ingenieril, suelen existir diferencias en 
los enfoques y en la valoración de resultados, según 
se trate un mismo problema desde una u otra óptica. 
En ingeniería se trabaja con materiales cuyas propie­
dades varían dentro de estrechos márgenes y pueden 
ser ensayados en el laboratorio, como los hormigones, 
aceros, etc., no cambiando sus propiedades sustancial­
mente con el tiempo. Sin embargo en geología la 
mayoría de los materiales son anisótropos y heterogé-
IN TR O D U C C IÓ N A LA IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA 5
La ingeniería geológica: formación y profesión
La formación en ingeniería geológica se basa en un sóli­
do conocimiento de la geología y del comportamiento 
mecánico de los suelos y las rocas y su respuesta ante los 
cambios de condiciones impuestos por las obras de inge­
niería. La investigación del terreno mediante métodos y 
técnicas de reconocimiento y ensayos, así como el análi­
sis y la modelización, tanto de los materiales como de los 
procesos geológicos, forman parte esencial de esta disci­
plina.
El profesional de la ingeniería geológica tiene forma­
ción científica y técnica aplicada a la solución de los pro­
blemas geológicos y ambientales que afectan a la inge­
niería, dando respuesta a las siguientes cuestiones:
1. Dónde situar una obra pública o instalación indus­
trial para que su emplazamiento sea geológica­
mente seguro y constructivamente económico.
2. Por dónde trazar una vía de comunicación o una 
conducción para que las condiciones geológicas 
sean favorables.
3. En qué condiciones geológico-geotécnicas debe 
cimentarse un edificio.
4. Cómo excavar un talud para que sea estable y 
constructivamente económico.
5. Cómo excavar un túnel o instalación subterránea 
para que sea estable.
6. Con qué tipo de materiales geológicos puede cons­
truirse una presa, terraplén, carretera, etc.
7. A qué tratamientos debe someterse el terreno para 
evitar o corregir filtraciones, hundimientos, asien­
tos, desprendimientos, etc.
8. En qué tipo de materiales geológicos pueden al­
macenarse residuos tóxicos, urbanos o radiactivos.
9. Cómo evitar, controlar o prevenir los riesgos geo­
lógicos (terremotos, deslizamientos, etc.).
10. Qué criterios geológicos-geotécnicos deben tener­
se en cuenta en la ordenación territorial y urbana 
y en la mitigación de los impactos ambientales.
Geología aplicada e ingeniería geológica*
— La geología aplicada, o geología para ingenie­
ros, geology fo r engineers, es la geología uti­
lizada en la práctica por los ingenieros civiles. 
Es una rama de la geología que trata de su apli­
cación a las necesidades de la ingeniería civil. 
No implica necesariamente el uso de los méto­
dos de ingeniería geológica para el estudio y re­
solución de los problemas geológicos en inge­
niería.
— La ingeniería geológica, engineering geology y 
geological engineering, se diferencia de la geo­
logía aplicada en que además del fundamento 
geológico, es necesario conocer los problemas 
del terreno que presentan las obras de ingenie­
ría, los métodos de investigaciones in situ y la 
clasificación y el comportamiento de los suelos 
y rocas en relación con la ingeniería civil; in­
cluye además el conocimiento práctico de la 
mecánica del suelo, mecánica de rocas e hidro- 
geología.
* Fookes, P. G. (1997). The First Gbssop Lecturc. Geological 
Society of London. Geology for Engineers: The Geological Mo- 
del; Prediction and Performance. Ql. Jl. Engineering Geology. 
Vol. 3, Part 4.
neos, presentan propiedades muy variables y sufren 
alteraciones y cambios con el tiempo.
En un proyecto de ingeniería se precisan datos 
cuantificables y susceptibles de ser modelizados. En 
geología la cuantificación numérica y la simplifica­
ción de los amplios rangos de variación de las propie­
dades a cifras comprendidas dentro de estrechos már­
genes es difícil, o a veces imposible al nivel requerido 
en un proyecto. Por otro lado, es habitual disponer en 
ingeniería de un grado de conocimiento muy preciso 
sobre los materiales de construcción, mientras que la 
información geológico-geotécnica suele basarse en un 
limitado número de reconocimientos, ocasionando un 
factor de incertidumbre presente en los estudios geo-
técnicos, circunstancia que afecta a la mayoría de los 
proyectos. La apreciación de estas diferencias y la uti­
lización de un lenguaje común adecuado a los fines 
del proyecto es parte de la ingeniería geológica, que 
dispone de métodos para cuantificar o expresar datos 
geológicos de forma que se puedan integrar en la mo­
delización numérica, o en la toma de decisiones a ni­
vel de proyecto y construcción.
La estadística es una herramienta importante para 
analizar datos muy variables, e incluso aleatorios. El 
estudio de ciertos fenómenos de periodicidad insufi­
cientemente conocida puede ser abordado a partir de 
análisis probabilísticos con resultados aceptables, co­
mo es el caso de determinados riesgos geológicos. La
6 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
cuan ti fie ación de un conjunto de propiedades geoló- 
gico-geotécnicas para aplicaciones constructivas es 
posible mediante los sistemas de clasificaciones geo- 
mecánicas de macizos rocosos. La utilización del 
concepto de coeficiente de seguridad, habitualmente 
empleado en ingeniería para expresar el grado de es­
tabilidad de la obra, es igualmente incorporado a la
práctica de la ingeniería geológica. La incorporación 
de estos y otros procedimientos, sobre todo mediante 
el conocimiento del medio geológico y su interacción 
con las actividades constructivas, hace que se puedan 
llegar a definir, evaluar e integrar los factores geoló­
gicos que inciden y deben ser considerados en la in­
geniería.
n1 |U Factores geológicos y problemas geotécnicos
La diversidad del medio geológico y la complejidad 
de sus procesos hacen que en las obras de ingeniería 
se deban resolver situaciones donde los factores geo­
lógicos son condicionantes de un proyecto.
En primer lugar, por su mayor importancia, estarían 
los riesgos geológicos, cuya incidencia puede afectar 
a la seguridad o la viabilidad del proyecto. En segun­
do lugar están todos aquellos factores geológicos cuya 
presencia condicione técnica o económicamente la 
obra. Estos factores y su influencia en los problemas 
geotécnicos se muestran en los Cuadros 1.1 a 1.4.
En los Cuadros 1.1 y 1.2 se presentan las posibles 
influencias de la fitología y la estructura geológica so­
bre el comportamiento geotécnico de los materiales 
rocosos y suelos, mientras que en los Cuadros 1.3 y 
1.4 se indica cómo el agua y los materiales son afec­
tados por los diferentes procesos geológicos, dando 
lugar a problemas geotécnicos. En resumen, se dedu­
cen las siguientes conclusiones:
— Los factores geológicos son la causa de la ma­
yoría de los problemas geotécnicos.
— El agua es uno de los factores de mayor inci­
dencia en el comportamiento geotécnico de los 
materiales.
— Los procesos geológicos pueden modificar el 
comportamiento de los materiales, incidiendo 
sobre el medio físico, y ocasionar problemas 
geotécnicos.
Por otro lado, la presencia de problemas geotéc­
nicos implica la adopción de soluciones en general 
más costosas, como por ejemplo cimentar a mayor pro­
fundidad por insuficiencia de capacidad portante del
terreno en cotas superficiales, e incluso la modifica­
ción del proyecto o el cambio de emplazamiento, se­
gún el alcance de los citados problemas. Por el con­
trario, unas condiciones geotécnicas favorables pro­
porcionan no sólo una mayor seguridad a las obras, 
sino un desarrollo de las mismas sin imprevistos, lo 
que influye significativamente en los costes y plazos 
de la obra.
En términos generales las condiciones que debe 
reunirun emplazamiento para que sea geológica y 
geotécnicamente favorable son las siguientes.
— Ausencia de procesos geológicos activos que 
representen riesgos inaceptables al proyecto.
— Adecuada capacidad portante del terreno para 
la cimentación de estructuras.
— Suficiente resistencia de los materiales para 
mantener su estabilidad en excavaciones super­
ficiales o subterráneas.
— Disponibilidad de materiales para la construc­
ción de obras de tierra.
— Estanqueidad de las formaciones geológicas para 
almacenar agua o residuos sólidos o líquidos.
— Facilidad de extracción de materiales para su 
excavación.
Establecida la relación entre los factores geológi­
cos y los problemas geotécnicos, y las diferencias 
entre condiciones geotécnicas favorables y desfavo­
rables, resulta evidente que en todo estudio geotécni­
co es necesario partir del conocimiento geológico, 
interpretando la geología desde la ingeniería geoló­
gica, para determinar y predecir el comportamiento 
del terreno.
IN TR O D U C C IÓ N A LA IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA 7
Influencia de la litologia en el com portam iento geotécnico del terreno
Litologia Factores característicos Problemas geotécnicos
Rocas duras — Minerales duros y abrasivos. — Abrasividad (Fotografía A).
— Dificultad de arranque.
Rocas blandas — Resistencia media a baja.
— Minerales alterables.
— Roturas en taludes (Fotografía B).
— Deformabilidad en túneles.
— Cambio de propiedades con el tiempo.
Suelos duros — Resistencia media a alta. — Problemas en cimentaciones con arcillas 
expansivas y estructuras colapsables.
Suelos blandos — Resistencia baja a muy baja. — Asientos en cimentaciones (Fotografía C).
— Roturas en taludes.
Suelos orgánicos 
y biogénicos
— Alta compresibilidad.
— Estructuras metaestables.
— Subsidencia (Fotografía D) y colapsos.
(Fotos L. G. de Vallejo)
Fotografía A. Granitos con cuarzo, plagioclasa y micas Fotografía B. Roturas en taludes mineros (Peñarroya, 
Córdoba)
s í :
Fotografía C. La Torre Inclinada de Pisa
8 ingeniería geológica
Fotografía D. Subsidencia en suelos lacustres afectando 
a la Basílica de N.a S.a de Guadalupe (México D.F.)
Estructuras geológicas y problemas geotécnicos
Estructuras geológicas Factores característicos Problemas geotécnicos
Fallas y fracturas 
(Fotografía A)
— Superficies muy continuas; espesor 
variable.
Roturas, inestabilidades, acumulación de 
tensiones, filtraciones y alteraciones.
Planos de estratificación 
(Fotografía B)
— Superficies continuas; poca separación. Roturas, inestabilidades y filtraciones.
[Discontinuidades 
(Fotografía B)
— Superficies poco continuas, cerradas o 
poco separadas.
Roturas, inestabilidades, filtraciones y 
alteraciones.
Pliegues 
(Fotografía C)
— Superficies de gran continuidad. Inestabilidad, filtraciones y tensiones 
condicionadas a la orientación.
Foliación, esquistosidad 
(Fotografía D)
— Superficies poco continuas y cerradas. Anisotropía en función de la orientación.
(Fotos L. G. de Vallejo)
Fotografía A. Falla normal (Huesca) Fotografía B. Estratos y diaclasas (norte de Mallorca)
Fotografía C. Riegues en cuarcitas (sur de Inglaterra) Fotografía D. Esquistos replegados (sur de Inglaterra)
i
IN TR O D U C C IÓ N A LA IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
Efectos de los procesos geológicos relacionados con el agua y su incidencia geotècnica
Procesos geológicos 
en relación al agua Efectos sobre materiales Problemas geotécnicos
Disolución 
(Fotografía A)
— Pérdida de material en rocas y suelos 
solubles.
— Karstificación.
— Cavidades.
— Hundimientos.
— Colapsos.
Erosión-arrastre 
(Fotografía B)
— Pérdida de material y lavado.
— Erosión interna.
— Acarea vamientos.
— Hundimientos y colapsos.
— Asientos.
— Sifonamientos y socavaciones.
— Aterramientos.
Reacciones químicas 
(Fotografía C)
— Cambios en la composición química. — Ataque a cementos, áridos, metales y rocas.
Alteraciones 
(Fotografía D)
— Cambio de propiedades físicas y 
químicas.
— Pérdida de resistencia.
— Aumento de la deformabilidad y 
permeabilidad.
Fotografía A. Karst yesífero (Sorbas, Almería) 
(foto M. Ferrer)
Fotografía B. Erosión y acarcavamiento en 
piroclastos (Guatemala) (foto M. Ferrer)
Fotografía C. Ataque al hormigón por sulfates: formación 
de ettringita en forma de fibras muy finas y cristales 
de carbonato (cortesía de Prospección y Geotecnia)
Fotografía D. Alteraciones en materiales 
terciarios (Ateca, Zaragoza) (foto R. Capote)
1 0 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
Influencia de los procesos geológicos en ia ingeniería y en el m edio am biente
Procesos geológicos Efectos sobre el medio físico Problemas geoambientales y actuaciones
Sismicidad 
(Fotografía A)
— Terremotos, tsunamis.
— Movimientos del suelo, roturas, 
deslizamientos, licuefacción.
— Daños a poblaciones e infraestructuras.
— Diseño antisísmico.
— Medidas de prevención.
— Planes de emergencia.
Vulcanismo 
(Fotografía B)
— Erupciones volcánicas.
— Cambios en el relieve.
— Tsunamis y terremotos.
— Colapsos y grandes movimientos en 
laderas.
— Daños a poblaciones e infraestructuras.
— Sistemas de vigilancia.
— Medidas de prevención.
— Planes de evacuación.
Levantamientos, 
subsidencias 
(Fotografía Q
— Cambios morfológicos a largo plazo.
— Alteraciones en dinámica litoral y en el 
nivel del mar a largo plazo.
— Medidas de control y vigilancia.
Erosión-sedimentación 
(Fotografía D)
— Cambios geomorfológicos a medio 
plazo.
— Arrastres y aumento de la escorrentía.
— Colmatación.
— Aumento del riesgo de inundaciones y 
deslizamientos.
— Medidas de protección en cauces y costas.
(continúa)
Fotografía A. Edificio destruido en el terremoto de Fotografía B. Coladas de lava en la erupción del Teneguía
México de 1985 (cortesía del IGME) en 1971, La Palma (cortesía del IGME)
Fotografía C. Subsidencia del Palacio de Bellas Artes, 
México D.F. (foto L. G. de Vallejo)
Fotografía D. Colmatación de cauce que rebasa la carretera 
y obliga a abrir un cauce artificial, Quebrada de Purmamarca, 
Argentina (foto M. Ferrer)
IN TR O D U C C IÓ N A LA IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA 11
CU
AD
RO
 
1-
4
Influencia de los procesos geológicos en la ingeniería y en el m edio am biente (continuación)
Procesos geológicos Efectos sobre el medio físico Problemas geoambientales y actuaciones
Movimientos de ladera 
(Fotografía E)
— Deslizamientos, desprendimientos, 
hundimientos.
— Cambios morfológicos a corto y medio 
plazo, desvío de cauces.
— Daños en poblaciones e infraestructuras.
— Obstrucción de cauces.
— Medidas de estabilización, control y 
prevención.
Cambios del nivel 
freático 
(Fotografía F)
— Cambios en los acuíferos.
— Cambios de propiedades del suelo.
— Desecación y encharcamientos.
— Subsidencias e inestabilidad de laderas.
— Problemas en cimentaciones.
— Afección a cultivos y regadíos.
— Medidas de drenaje.
Procesos tectónicos — Tensiones naturales.
— Sismicidad.
— Inestabilidades.
— Explosiones de roca en minas y túneles 
profundos.
— Deformaciones a largo plazo en obras 
subterráneas.
— Medidas de diseño en túneles y minas.
Procesos geoquímicos — Altas temperaturas.
— Anomalías térmicas.
— Presencia de gases.
— Riesgo de explosión.
— Dificultad de ejecución en obras 
subterráneas.
(fotos L. G. de Vallejo)
Fotografía E. Caños en autovías por deslizamientos (Granada)
Fotografía F. Subsidenca por extración de agua de pozos y a favor 
de fallas activas (Celaya, México)
1 2 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
Recuadro 1.3
La rotura de la presa de Aznalcóllar: un ejemplo de fallo 
geológlco-geotécnico de graves consecuencias ecológicas
La presa de residuos mineros de Aznalcóllar (Sevilla), 
propiedad de la empresa Boliden-Apirsa, tenía 28 metros 
de altura cuando se produjo su rotura el 25 de abril de 
1998. Tres años antes se comprobó su estado de seguri­
dad, y tanto la propiedad como los responsables del 
proyecto confirmaron que cumplía todos los requi­
sitos, conclusión que fue reafirmada 5 días antes del de­
sastre.
La rotura del dique de contenciónprodujo un vertido 
de 4,5 Hm3 de líquidos y lodos hacia el río Agrio, y de 
ahí al Guadiamar, afluente del Guadalquivir, que anegó 
las tierras circundantes, ocasionando una contaminación 
por aguas ácidas con diversos contenidos en metales pe­
sados, afectando a todo el ecosistema circundante, inclu­
so el Parque Nacional de Doñana.
La presa estaba apoyada sobre la formación miocena 
conocida como margas azules, constituidas por arcillas
de plasticidad alta, muy sobre consolidadas, y con abun­
dantes superficies de corte o slickensides en su inte­
rior.
Las margas azules han sido muy bien estudiadas y se 
conocen los problemas de inestabilidad que ocasionan, 
sobre todo en taludes de carreteras y ferrocarriles. Cuan­
do entran en contacto con el agua y se generan altas pre­
siones intersticiales a lo laigo de las citadas superficies, 
su resistencia puede ser muy baja. Según los informes 
periciales la rotura del dique se debió a un fallo del sus­
trato de maigas, deslizando la cimentación de la presa 
(ver Recuadro 11.3, Capítulo 11).
Es evidente que los factores geológico-geotécnicos 
que ocasionaron la rotura no se tuvieron en cuenta ade­
cuadamente y que tampoco los sistemas de control del 
sistema presa-terreno fueron operativos, cuestiones fun­
damentales en ingeniería geológica.
IN TR O D U C C IÓ N A LA IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA 1 3
I
Métodos y aplicaciones en ingeniería geológica
La ingeniería geológica tiene sus fundamentos en la 
geología y en el comportamiento mecánico de los 
suelos y las rocas. Incluye el conocimiento de las téc­
nicas de investigación del subsuelo, tanto mecánicas 
como instrumentales y geofísicas, así como los méto­
dos de análisis y modelización del terreno. La meto­
dología de estudio responde en términos generales a 
la secuencia descrita en el Cuadro 1.5.
Para el desarrollo completo de dicha secuencia me­
todológica deben definirse tres tipos de modelos (Fi­
gura 1.3):
— Modelo geológico.
— Modelo geomecánico.
— Modelo geotécnico de comportamiento.
El modelo geológico representa la distribución es­
pacial de los materiales, estructuras tectónicas, datos 
geomorfológicos e hidrogeológicos, entre otros, pre­
sentes en el área de estudio y su entorno de influen­
cia. El modelo geomecánico representa la caracteri­
zación geotècnica e hidrogeológica de los materiales 
y su clasificación geomecánica. El modelo geotécni­
co de comportamiento representa la respuesta del te­
rreno durante la construcción y después de la misma.
Esta metodología constituye la base de las siguien­
tes aplicaciones de la ingeniería geológica a la inge­
niería civil y al medio ambiente:
— Infraestructuras para el transporte.
— Obras hidráulicas, marítimas y portuarias.
— Edificación urbana, industrial y de servicios.
— Centrales de energía.
— Minería y canteras.
— Almacenamientos para residuos urbanos, indus­
triales y radiactivos.
— Ordenación del territorio y planificación ur­
bana.
— Protección civil y planes de emergencia.
Proceso metodológico en ingeniería 
geológica
1. Identificación de materiales y procesos. Defi­
nición de la geomorfología, estructura, Iitolo- 
gía y condiciones del agua subterránea.
2. Investigación geológica-geotécnica del sub­
suelo.
3. Distribución espacial de materiales, estructu­
ras y discontinuidades.
4. Condiciones hidrogeológicas, tensionales y 
ambientales.
5. Caracterización de propiedades geomecáni- 
cas, hidrogeológicas y químicas.
6. Caracterización de los materiales geológicos 
utilizados en la construcción, extracción de 
recursos naturales y trabajos de protección 
medioambiental.
7. Comportamiento geológico-geotécnico bajo 
las condiciones del proyecto.
8. Evaluación del comportamiento mecánico e 
hidráulico de suelos y macizos rocosos. Pre­
dicción de los cambios de las anteriores pro­
piedades con el tiempo.
9. Determinación de los parámetros que deben 
ser utilizados en los análisis de estabilidad 
para excavaciones, estructuras de tierras y ci­
mentaciones.
10. Evaluación de los tratamientos del terreno 
para su mejora frente a filtraciones, asientos, 
inestabilidad de taludes, desprendimientos, 
hundimientos, etc.
11. Consideraciones frente a riesgos geológicos e 
impactos ambientales.
12. Verificación y adaptación de los resultados 
del proyecto a las condiciones geológico- 
geotécnicas encontradas en obra. Instrumen­
tación y auscultación.
1 4 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
MODELO GEOLÓGICO MODELO GEOMECÁNICO
MODELOS GEOTÉCNICOS DE COMPORTAMIENTO
Durante la construcción Después de la construcción
Figura 1.3 Ejemplos de modelización en ingeniera geológica.
Fdentes de información en ingeniería geológica
Las principales publicaciones de carácter periódico en 
ingeniería geológica se deben a las asociaciones inter­
nacionales y nacionales, que de forma regular cele­
bran congresos y simposios, además de publicar revis­
tas o boletines. Las más importantes son:
— Inte motional Association o f Engineering Geo­
logy and Environment (IAEG).
— Association o f Engineering Geologists (AEG).
— htemational Society o f Rock Mechanics (ISRM).
— International Society o f Soil Mechanics and 
Foundation Engineering (ISMFE).
Entre las publicaciones periódicas destacan:
— Boletín de la IAEG.
— Boletín de la AEG.
— Quaterly Journal o f Engineering Geology 
(Geological Society o f London).
— Engineering Geology (Elsevier).
— International Journal o f Rock Mechanics and 
Mining Sciences (Elsevier).
— Géotechnique.
En España se publican artículos y trabajos de inte­
rés geológico-geotécnico en boletines, congresos y 
simposios de las sociedades nacionales correspon­
dientes a las citadas internacionales, así como en cen­
tros de investigación, como el Centro de Estudios y 
Experimentación de Obras Públicas (CEDEX), el Ins­
tituto Geológico y Minero de España (IGME) y las 
universidades, principalmente.
IN TR O D U C C IÓ N A LA IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA 1 5
Estructura del libro
Este libro es una introducción a la ingeniería geológi­
ca a través de sus fundamentos y conceptos básicos, 
así como a las metodologías y principales aplicacio­
nes. Para el estudio de la ingeniería geológica es ne­
cesario partir del conocimiento de la geología. Se ha 
tratado de destacar a lo largo del texto la estrecha re­
lación entre la geología y los problemas derivados del 
terreno en ingeniería, al ser este aspecto uno de los 
principales objetivos de la ingeniería geológica, ilus­
trando con ejemplos la abundante casuística al respec­
to. Sin embaigo, en este libro no se incluyen descrip­
ciones básicas sobre materias geológicas.
El texto consta de 15 capítulos divididos en tres 
partes. La Parte I se dedica a los fundamentos de la 
ingeniería geológica y a los métodos de investigación 
del terreno. Se presta especial atención a los concep­
tos básicos de la mecánica del suelo y de las rocas,
junto a la hidrogeología, materia en la que se supone al 
lector un mayor conocimiento (Capítulos 2 al 5). El 
Capítulo 6 se dedica a las investigaciones in situ y re­
conocimientos geotécnicos, describiéndose los distintos 
métodos y procedimientos para identificar propiedades 
y características geomecánicas de los materiales. La 
cartografía geotècnica se incluye en el Capítulo 7.
En la Parte n se describen las distintas aplica­
ciones de la ingeniería geológica, centrándose en las 
más habituales: cimentaciones, taludes, túneles, presas 
y estructuras de tierras, incluidas en los Capítulos 8 
al 12.
La Parte DI trata de los riesgos geológicos en 
ingeniería geológica. La prevención, mitigación y 
control son los aspectos más destacados. A los desli­
zamientos se dedica el Capítulo 14 y al riesgo sísmico 
el Capítulo 15.
Bibliografía recomendada
Fookes, P. G. (1997). Geology for engineers. Ql. Jl.
Engineering Geology. Vol 3, Part 4.
Johnson, R. B. and DeGraff, J. V. (1988). Principies 
of engineering geology. Ed. J. Wiley & Sons. N.Y. 
López Marinas, J. M. (2000). Geología aplicada a la 
ingeniería civil. Ed. Ciedossat2000. Madrid.
Rahn, P. H. (1986). Engineering geology. An environ­
mental approach. Ed. Elsevier.
Waltham, A. C. (1994). Foundations of engineering 
geology. Ed. E. y F.N. Spon.
1 6 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
1. Introducción
2. Descripción y clasificación de suelos
3. Permeabilidad. Filtraciones y redes de flujo
4. Tensiones efectivas
5. La consolidación
6. Resistencia al corte
7. Influencia de la mineralogía y la fábrica en las propiedades geotécnicas 
de los suelos
8. Características geotécnicas de los sedimentos
9. Problemas planteados por los suelos en ingeniería
■
i?? **
MECANICA DEL SUELO
■ A l ü d ü l . U
Introducción
Origen y formación de los suelos
Los suelos tienen su origen en los macizos rocosos 
preexistentes que constituyen la roca madre, sometida 
a la acción ambiental disgregadora de la erosión en 
sus tres facetas:
— Física, debida a cambios térmicos (lo que origi­
na dilataciones diferenciales entre los diferentes 
minerales y da lugar a acciones y fisuras inter­
nas) y a la acción del agua (arrastres de frag­
mentos ya erosionados; posible acción directa 
por congelación, que produce tensiones internas 
por el aumento de volumen del hielo respecto al 
agua; acción alternante de humedad-sequedad a 
lo laigo del tiempo, etc.). Estas acciones físicas 
tienden a romper la roca inicial y a dividirla en 
fragmentos de tamaño cada vez más pequeño, 
que pueden ser separados de la roca por agentes 
activos (agua, viento, gravedad) y llevados a 
otros puntos en los que continúa la acción ero­
siva. Es decir, tienden a crear las partículas que 
van a formar el suelo.
— Química, originada por fenómenos de hidrata- 
ción (por ejemplo, paso de anhidrita o sulfato 
hemihidratado a yeso o sulfato dihidratado), di­
solución (de sales, como los sulfatos en el 
agua), oxidación (de minerales de hierro por 
efecto ambiental), cementación (por agua con­
teniendo carbonatos previamente disueltos a 
partir de otra roca), etc. Esta acción, por lo tan­
to, tiende tanto a disgregar como a cementar, lo 
que quiere decir que puede ayudar a la acción 
física y, posteriormente, cementar los productos 
formados, dando unión química a las partículas 
pequeñas, tamaño suelo, que se forman, aunque 
la mayor parte de las veces contribuye más a 
destruir y transformar que a unir.
— Biológica, producida por actividad bacteriana, 
induciendo putrefacciones de materiales orgáni­
cos y mezclando el producto con otras partícu­
las de origen físico-químico, actuando de ele­
mento catalizador, etc.
Todo ello da lugar a fenómenos de disgregación 
(alteración o meteorización) y transformación de la 
roca, creándose el perfil de meterorización (Figu­
ra 2.1). En este perfil la roca madre ocupa la parte
más baja y alejada de la superficie, y el suelo la más 
alta. Cuando el suelo permanece in situ sin ser trans­
portado, se le conoce como suelo residual, y cuando 
ha sufrido transporte, formando depósitos coluviales, 
aluviales, etc., se denomina suelo transportado.
En la Figura 2.2 se resumen los distintos procesos 
que intervienen en la formación de los suelos, carac­
terizados pon
— Ser un sistema particulado de sólidos de diverso 
origen, que pueden considerarse indeformables.
— Tener una granulometría de gruesos (centíme­
tros) a finos (mieras); las partículas más finas 
(por debajo de las 2 ó 5 mieras) necesitan pro­
cesos físico-químicos para su constitución; las 
de mayor tamaño solo necesitan procesos físi­
cos, aunque pueden intervenir los químicos.
— Una estructura y fábrica en función del origen 
de los minerales, agentes cementantes, transfor­
maciones químicas, medio de deposición, etc.
— Presencia importante de huecos (o poros o 
intersticios), con agua (suelo saturado), aire y 
agua (semisaturado) o solo aire (seco), situa­
ción prácticamente inexistente en la naturaleza. 
El fluido intersticial se considera, a las tempe­
raturas normales, incompresible.
— Las deformaciones del conjunto del suelo se 
producen por giros y deslizamientos relativos 
de las partículas y por expulsión de agua; solo 
en raras ocasiones se producen por roturas de 
granos.
Los suelos en ingeniería geológica
La acción antròpica, en un entorno geográfico concre­
to, altera las condiciones del medio natural al realizar­
se excavaciones, explanaciones, aplicación de caigas 
al terreno, etc. La respuesta del terreno frente a esa al­
teración depende de su constitución y características, 
de los condicionantes geológicos del entorno, de las 
propiedades que están relacionadas con las actuacio­
nes humanas y de la acomodación de la obra realizada 
al entorno natural.
La respuesta del terreno, por lo tanto, es compleja, 
dependiendo en primer lugar del material o materiales 
preexistentes en la zona y del tipo de acciones a que
1 8 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
LO VE (1951) 
LITTLE (1961)
VA RG A S
(1951)
SO W E R S 
(1954. 1963)
CHAN DLER
(1969)
GEO LO G ICAL SOC. 
ENG. G R O U P (1970)
D E E R E Y PATTON
ESQ U EM Á T IC O
R O C A S ÍG NEAS
ÍGNEAS. 
BASÁLT ICAS 
Y A R E N ISC A S
ÍG N EA S Y 
M ETAM Ó RFICAS
M A R G A S Y 
LIMOLITAS R O C A S ÍG NEAS
ÍG N EA S Y 
M ETAM Ó RFICAS
VI SU ELO ZONA
V
CO M PLETAM ENTE
ALTERADA VI
HORIZONTE IA
Û
O
SU ELO RESID U AL SU PE R IO R
IV
SU ELO R ESIDU AL <
o
w
UJ
HORIZONTE IB
< o:
o CO M PLETAM ENTE
ALTERADA
SU ELO R ES ID U AL 
JOVEN
ZONA
INTERMED IA
UJ
H
CO M PLETAM ENTE
ALTERADA
u—i
LL
D
C/>
HORIZONTE IC 
(SAPROLITO)
IV
ALTAMENTE
ALTERADA
<
UJ
—
z
III
IV
ALTAMENTE
ALTERADA
z
o
o
IA
TRANSIC IÓN
s </> C O N RO CA
^ ..... V
III
M O D ERAD AM EN TE
ALTERADA
C APAS D E RO CA 
D ES IN TEG R AD A
ZONA
PARCIALMENTE
ALTERADA
<
o
cc.
& II
III
M O D ERAD A M EN TE
ALTERADA UJn
M ETEO R IZADA
SAPRO LITO
II
ALGO
ALTERADA
II DEB ILM EN TE 
ALTERADA
<
z
ß
IB
PARCIALMENTE
M ETEO R IZADAIB M UY PO CO
/ 1 I R O CA SA N A RO CA
I
ALTERADA
R O C A SA N A
/ ) RO C A SAN A INALTERADA INALTERADA IARO C A SAN A
Figura 2.1 El perfil de me teorización, según efferentes autores.
ROCA
ORIGINARIA
RESULTADO FINAL:
(En campo gravitato«))
: RElNlClA EL PROCESO)
• SISTEMA PARTICULADO DE DIVERSO ORIGEN (GRANULOMETRÌA DE G RUESOS-env-A FINOS -mieras-)-
• ESTRUCTURA Y FÁBRICA EN FUNCIÓN ORIGEN MINERALES, AGENTES CEMENTANTES. 
TRANSFORMACIONES. MEDIO DE DEPOSICIÓN...
• P R E S E N C IA D E H U E C O S (INTERSTICIOS).
• CON AGUA (SUELO SATURADO)
• CON AIRE (RARO)
• CON AIRE Y AGUA (SEMISATURADO)
• MEDIO B ló TRIFASE
• PARTÍCULAS INDEFORMABLES (SALVO FRACCIÓN ORGÁNICA...)
• FLUIDO INTERSTICIAL INCOMPRESIBLE
• DEFORMACIÓN POR GIROS Y DESLIZAMIENTO RELATIVO DE PARTÍCULAS. EXPULSIÓN AGUA.
Figura 2.2 Formación de suelos.
MECÁNICA DEL SUELO 1 9
se le someta. Si el terreno es un macizo rocoso esa 
respuesta vendrá condicionada por la resistencia de la 
roca, la presencia de zonas alteradas, discontinuida­
des, etc. Pero si se trata de suelos, es decir, materiales 
sueltos fruto de la erosión ejercida sobre rocas pree­
xistentes y depositados por acción del agua o del aire, 
la respuesta cambia sustancial mente (Figura 2.3):
— Los suelos están formados por partículas peque­
ñas (desde mieras a algunos centímetros) e indi­
vidualizadas que, a efectos prácticos, pueden 
considerarse indeformables.
— Entre esas partículas no cementadas (o ligera­
mente cementadas) quedan huecos con un volu­
men total del orden de magnitud del volumen 
ocupado por ellas (desde la mitad a varias veces 
superior).
— Un suelo es un sistema multifase (bifase o tri- 
fase).
— Los huecos, poros o intersticios pueden estar 
llenos de agua, suelos saturados, o con aire y 
agua, suelos se mi saturados, lo que condiciona 
la respuesta de conjunto del material. En condi­
ciones normales de presión y temperatura, el 
agua se considera incompresible.
La materia sólida que constituye el suelo presenta 
composición química diferente según la roca o rocas 
que dieron origen al suelo y las transformaciones oca­
sionadas por la erosión en esas partículas,por lo que 
puede encontrarse materia oigánica (muy deforma- 
ble), sales diversas, carbonatos (que ayudan a cemen­
tar las partículas), etc.
Desde el punto de vista de la ingeniería geológica, el 
suelo se define como un agregado de minerales unidos 
por fuerzas débiles de contacto, separables por medios 
mecánicos de poca energía o por agitación en agua.
La respuesta del suelo, a nivel práctico, frente a las 
acciones que introducen las obras de ingeniería, supo­
ne un movimiento de esas partículas a través de desli­
zamientos y giros entre ellas (Figura 2.3c), y depen­
de de:
— La proporción de materia sólida que exista en 
un volumen unitario de suelo de referencia.
— El tamaño y distribución de las partículas (que 
facilita o dificulta el movimiento de los granos 
entre sí).
— El volumen relativo de huecos (a medida que éste 
aumenta, el suelo es más deformable).
— El tamaño medio de los huecos.
Todo ello hace que en los suelos haya que ana­
lizar:
— Los problemas de deformabilidad que introdu­
cen las caigas y acciones exteriores (las cuales 
se traducen en tensiones normales y tangencia­
les sobre los contactos entre las partículas, lo 
que las hace tender a moverse y cambiar el vo­
lumen aparente que ocupan). Esta deformabili­
dad puede llegar a una situación extrema, «de 
rotura», en que el cambio de volumen aparente 
aumenta de forma extraordinaria al cambiar 
muy poco las caigas exteriores, quedando la re­
sistencia definida por una gran deformabilidad 
y no por rotura de partículas.
— Los problemas de flujo del agua en el interior 
del suelo, que condicionan su respuesta, ya que 
las deformaciones inducidas por las caigas ne­
cesitan un tiempo para producirse (el de expul­
sión o absorción de agua). Este proceso, nece­
sario para estabilizar las acciones exteriores, se 
denomina consolidación.
Descripción y clasificación de suelos
Tipos de suelo
Para estudiar un material complejo como el suelo 
(con diferente tamaño de partículas y composición 
química) es necesario seguir una metodología con de­
finiciones y sistemas de evaluación de propiedades, de 
forma que se constituya un lenguaje fácilmente com­
prensible por los técnicos de diferentes especialidades 
y países. Así, se han clasificado los suelos en cuatro 
grandes grupos en función de su granulometría (Nor­
mas D.I.N., A.S.T.M, A.E.N.O.R, etc.):
— Gravas, con tamaño de grano entre unos 8-10 cm 
y 2 mm; se caracterizan porque los granos son 
observables directamente. No retienen el agua,
2 0 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
PARTÍCULAS SÓLIDAS
a) Constitución de un suelo.
CARGAS EXTERIORES: OBRA DE INGENIERÍA
(Suelo saturado)
NI = Fuerza normal en 
contacto
TI = Fuerza tangencial 
en contacto
U = Presión de agua en 
poros
b) Acciones sobre un suelo.
VOLUMEN INICIAL
VOLUMEN VOLUMEN APARENTE FINAL
APARENTE INICIAL (POR DESLIZAMIENTO Y GIRO
RELATIVO DE PARTÍCULAS)
c) Movimientos de partículas producidos por acciones exteriores
Figura 2.3 El suelo como sistem a particulado.
M E C Á N IC A D E L S U E L O 2 1
por la inactividad de su superficie y los grandes 
huecos existentes entre partículas.
Arenas, con partículas comprendidas entre 2 y 
0,060 mm, todavía son observables a simple 
vista. Cuando se mezclan con el agua no se for­
man agregados continuos, sino que se separan 
de ella con facilidad.
Limos, con partículas comprendidas entre 0,060 
y 0,002 mm (algunas normativas indican que 
este último valor debe de ser 0,005 mm, pero 
no hay apenas consecuencias prácticas entre 
ambas distinciones). Retienen el agua mejor 
que los tamaños superiores. Si se forma una 
pasta agua-limo y se coloca sobre la mano, al 
golpear con la mano se ve cómo el agua se ex- 
huda con facilidad.
Arcillas, formadas por partículas con tamaños 
inferiores a los limos (0,002 mm). Se trata ya 
de partículas tamaño gel y se necesita que haya 
habido transformaciones químicas para llegar a 
estos tamaños. Están formadas, principalmente, 
por minerales silicatados, constituidos por cade­
nas de elementos tetraédricos y octaédricos (el 
ión silicio se encuentra en el centro de cada una 
de estas estructuras regulares), unidas por enla­
ces covalentes débiles, pudiendo entrar las mo­
léculas de agua entre las cadenas produciendo, 
a veces, aumentos de volumen (recuperables 
cuando el agua se evapora). Todo ello hace que 
la capacidad de retención del agua sea muy 
grande (pequeños huecos con una gran superfi­
cie de absorción en las partículas y una estruc­
tura que permite retener el agua), por lo que son 
generalmente los materiales más problemáticos 
(tiempos muy elevados de consolidación o de 
expulsión de agua bajo esfuerzos).
mina el porcentaje de material, Cp que pasa por un ta­
miz de diámetro D¿.
#» + 1
z p>
xioo />=£/>,.
* j-1
siendo P el peso seco total de la muestra y P¡ el peso 
retenido por el tamiz de diámetro D. El peso Pn + l es 
el retenido por la base ciega que se pone debajo de la 
columna de tamices.
Con estos datos se puede elaborar la curva granu- 
lométrica de un suelo, que relaciona Cy con lg D (Fi­
gura 2.4). En el gráfico de la Figura 2.4 se han repre­
sentado diversas curvas que corresponden a: a) la 1 es 
una arena con gravas; b) la 2 una arena fina (tipo are­
na de duna); c) la 3 una arena limosa; d) la 4 un limo; 
é) la 5 una arcilla limosa.
Para una mejor definición de la granulometría de 
un suelo se utilizan dos coeficientes:
— El de uniformidad, C„, que es la relación entre 
el diámetro correspondiente al tamiz por el que 
pasa un 60 % del material y el diámetro corres­
pondiente al tamiz por el que pasa el 10 % (Fi­
gura 2.4). Si Cu es menor de 5 el suelo tiene una 
granulometría uniforme; si Cu varía entre 5 y 20 
es poco uniforme, y si Cu > 20 es un suelo bien 
graduado. Cuanto más uniforme es la granulo­
metría de un suelo, más uniforme es el tamaño 
de sus huecos, menores densidades alcanzará, 
más fácilmente será erosionado, etc.
— El contenido de finos, llamando así al porcen­
taje de suelo que pasa por el tamiz n.° 200 de la 
serie A.S.T.M (0,075 mm). Este porcentaje in­
dica la proporción de arcilla y limo que contie-
Distribución granulométrica
Para conocer la proporción de cada material que tiene 
un suelo se realizan análisis granulométricos, utilizan­
do la vía seca para partículas de tamaños superiores a 
0,075 mm, y la granulometría por sedimentación me­
diante el hidrómetro (vía húmeda) para tamaños igua­
les o inferiores a 0,075 mm. Los primeros se llevan a 
cabo tomando una muestra representativa del suelo, 
secándola y disgregando en seco el conjunto de partí­
culas. A esta muestra se la hace pasar por un conjunto 
de tamices (cuyos tamaños suelen ir disminuyendo en 
progresión geométrica de razón 2) agitando el conjun­
to. Después se pesa lo retenido en cada tamiz, con lo 
que, conocido el peso inicial de la muestra, se deter- Granulometrá de partículas.
© Arena con gravas 
<D Arena fina (duna) 
<3) Arena limosa 
© L im o
10 1 0.1 0.01 0.001 
60 °1 0 
D (mm)
(D Arcilla limosa
N.° 10 AS.T.M. TAMIZ N.° 200 A.S.T.M.
% que 
pasa
GRAVAS * ARENA [" LIMO , ARCILLA
2 2 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
ne el suelo, y está relacionado con la posibilidad de 
retención de agua. Cuanto mayor sea el contenido de 
finos, mayor será la dificultad de expulsión de agua 
bajo esfuerzos.
Plasticidad
La granulometría proporciona una primera aproxima­
ción a la identificación del suelo, pero a veces queda 
poco claro (arena limo-arcillosa, por ejemplo), por lo 
que se utilizan unos índices, derivados de la agrono­
mía, que definen la consistencia del suelo en función 
del contenido en agua, a través de la determinación 
de la humedad: peso del agua del suelo dividido por 
el peso del suelo seco (el peso de agua se determina 
por diferencia entre el peso de la muestra de suelo an­
tes y después de secarlo en estufa el tiempo necesario 
para que se evapore esa agua).
A este respecto, A tterberg definió tres límites: el 
de retracción o consistencia que separa el estado desólido seco y el semisólido, el límite plástico, Wp, 
que separa el estado semisólido del plástico y el lími­
te líquido, WL, que separa el estado plástico del semi- 
líquido; estos dos últimos límites (los más usados en 
la práctica) se determinan con la fracción de suelo 
que pasa por el tamiz n.° 40 A.S.T.M (0,1 mm).
El límite plástico se determina amasando suelo se­
co con poca agua y formando elipsoides, arrollándo­
los con la palma de la mano sobre una superficie lisa, 
hasta llegar a un diámetro de unos 3 mm y una longi­
tud de 25-30 mm. Si, en ese momento, los elipsoides 
se cuartean en fracciones de unos 6 mm, su humedad 
es la del límite plástico (que se determina secando en 
estufa varios elipsoides en análogas condiciones). Si 
no se cuartean se vuelven a forman elipsoides para 
que pierdan humedad y lleguen a cuartearse.
El límite líquido se determina amasando bien el 
suelo seco (previamente disgregado con maza) con 
bastante agua y extendiendo la masa sobre un molde 
denominado Cuchara de Casagrande (Figura 2.5). 
Se abre, en el centro de la masa extendida, un surco 
con un acanalador, formando un canal de unos 2 mm 
de ancho en su parte baja. El molde se coloca sobre 
una base y se somete a golpes controlados. El límite 
líquido es la humedad de la muestra cuando al dar 25 
golpes se cierra el canal unos 12 mm. Como es difícil 
conseguir esta condición, se determina la humedad 
por interpolación, a partir de dos muestras, en las que 
debe conseguirse el cierre de 12 mm con más y me­
nos golpes que 25.
Determinados WL y Wp se puede obtener un punto 
representativo de cada muestra de suelo en la carta 
de plasticidad de Casagrande (Figura 2.6), represen-
Cuchara de Casagrande para determinación del lími­
te líquido. Se observa la arcilla amasada y colocada 
sobre la cuchara con el canal ya abierto. También 
pueden verse tres tipos de acanaladores usados en 
la práctica.
tando la relación del límite líquido, WL, con el índice 
de plasticidad, Ip (Ip = WL — Wp representa el inter­
valo de humedades para pasar del estado semisólido 
al semilíquido). A partir de diversos estudios prácti­
cos, Casagrande definió que los suelos con WL > 50 
son de «alta plasticidad» (admiten mucha agua, pue­
den experimentar deformaciones plásticas grandes, 
etc.); por debajo de este valor los suelos se consideran 
de «baja plasticidad». También definió una línea «A» 
(Figura 2.6) que resulta paralela a la dirección con 
que, en esa carta, se ordenan las muestras de un mis­
mo terreno.
Utilizando la línea A y el criterio de baja y alta 
plasticidad, en la carta de Casagrande se definen va­
rias zonas, representadas en la Figura 2.6; según los 
estudios del citado autor los suelos limosos y con 
apreciable contenido orgánico tienen un intervalo de 
humedad menor para pasar del estado semisólido a 
semilíquido, situándose por debajo de la línea A, 
mientras que las arcillas están por encima de dicha lí­
nea. Se definen, así, varios tipos de suelos: arcillas de 
baja plasticidad (CL), arcillas de alta plasticidad (CH), 
limos y suelos orgánicos de baja plasticidad (ML-OL) 
y limos y suelos orgánicos de alta plasticidad (MH- 
OH). En la práctica se representa el punto corres­
pondiente a los valores determinados de WL e Ip y se 
obtiene una clasificación que sirve para completar la 
identificación de un suelo, con lo que se puede conocer 
el predominio de la fracción arcillosa o limosa.
Casagrande completó este sistema de identificación 
con datos de granulometría y definió el sistema unifi­
cado de clasificación de suelos, muy usado en la 
práctica, representado en la Figura 2.7.
MECÁNICA DEL SUELO 2 3
figura 2.S
§Q
OH
O
UJ
o
o2
Hgura 2.6
ÜMITE LIQUIDO 
Carta de plasticidad de Casagrande.
Identificación en e( campo (excluyendo las partículas mayores de Símbolo .
7,6 cm y basando las fracciones en pesos estimados) del grupo omores picos
3
■S& « 
* 8 I
ÍC yi w
1 ? ì « Ira ®
« ¡ • 8 s i4! O O O- CP
í ? r o a
t o>® » O 
«ft c g ■§
l l I I
U5 —i
I l 1
I r i
Amplia gama de tamaños y cantidades 
a preciables de todos los tamaños 
intermedios
G IV
Gravas bien graduadas, mezclas 
de grava y arena con pooos finos 0 sm ellos
1 '513 o a¡
o-
E
Predominio de un tamaño o un tipo de 
tamaños, con ausencia de algunos 
tamaños intermedios
GP
Gravas mal graduadas, mezdas 
de arena y grava con pocos 
finos o sm ellos
E 2 '3 
n ü «
S E ® 
1 ¡ S i l
« i r
Fracción fina no plástica (para la 
identificación ver el grupo ML más ab^jo) G M
Gravas limosas, mezclas mal 
graduadas de grava arena 
y limo
Fmos plásticos (para identificación ver 
el grupo CL más abajo) GC
Gravas arcillosas, mezclas mal 
graduadas de grava, arena y 
arcilla
I I |
» « .a
“ ■i2 3 5
i l
i 8 * 1 2
« 8 M Í Z
5 l l s - 8 
- § 2
2
< £L
^ ^ 8 ~v
¡ f ?
Amplia gama de tamaños y cantidades 
apreciadles de todos los tamaños 
intermedios
S W
Arenas boen graduadas, arenas 
con grava con pocos finos 
o sm ellos
I ; a
* • o
€ 5 s
Predominio de un tamaño o un tipo 
de tamaños, con ausencia de algunos 
tamaños intermedios
SP
Arenas mal graduadas, arenas 
con grava con pocos finos 
o sm ellos
s s E •81 ■= 
¿ r «
§ l f _
g l - S j
f § £
Finos no plásticos (para identificación 
ver el grupo ML más abajo) S M
Arenas limosas, mezclas de 
arena y limo mal graduadas
1
3
Finos plásticos (para identificación 
ver el grupo CL más abajo) s e
Arenas arcillosas, mezdas mal 
graduadas y arenas y arcillas
M | Métodos de identificación oara la fracción que pasa por d tamiz N.° 40 |
"E
o E 
¡ !
oTD
’5CT
Resistencia en 
estado seco (a 
la disgregación)
Distancia 
(reacción a la 
agitaoón)
Tenacidad
(consis­
tencia)
& !
1 1 o <0n a,
E í
•S
i
I s
S ?
m
s»
’3
Nula a ligera Rápida a lenta Nula M L
Limos inorgánicos y arenas muy 
finas, polvo de roca, arenas 
finas limosas o arcillosas con 
ligera plasticidad
6 | 
"o o 2 n o C£ N 5
E ¿ « 
" í s
Media a alta Nula a muy lenta Media C L
Arcillas Inorgánicas de 
plasticidad baja a media, arcillas 
con grava, atollas arenosas, 
arcillas limosas
s i r
«•2 z Ligera a media Lenta Ligera O L
Limos orgánicos y ardías Imasas 
orgánicas de baja plasticidad
5 * E
! 1 
2 2
Lim
os
 
y 
ar
cil
las
 
co
n 
lím
ite
 
liq
ui
do
 
m
ay
or
 
de 
50 Ligera a media Lenta a nula Ligera 
a media
M H
Limos norgánicos. suelos limosos 
o arenosos finos micáceos o con 
ciatomeas. suelos limosos
o t! 
* ¿¡ 
o m
A|ta a muy a|ta Nula Alta C H Ardías inorgánicas de dastckted elevada, ardías grasas
3 1 
« Media a alta Nula a muy lenta
Ligera 
a medía O H
A/tillas orgánicas de plasticidad 
media a alta
Suelos altamente orgánicos
Fácilmente idcntificables por su color, olor, 
sensación esponjosa y frecuentemente 
por su textura fibrosa
Pt
Turba y otros suelos altamente 
orgánicos
Los suelos que poseen características de dos grupos se designan con la combinación de los dos símbolos. P. ej., GW-GC, mezcla 
bien graduada de arena y grava. Todos k>s tamaños de tamices se refieren al U.S. Standard.
Hgura 2 .7 Sistema unificado de clasificación de suelos (USCS). (En Lambe y Whitman. 1981).
2 4 IN G E N IE R ÍA GEOLÓ GICA
Hay suelos con predominio arcilloso, como las 
«peñuelas de Madrid», que si bien se orientan en una 
dirección paralela a la línea A no quedan siempre por 
encima de dicha línea. No son limos, pero su minera­
logía, estructura, fábrica y contenido de carbonato ha­
cen que no se cumpla estrictamente lo obtenido por 
Casagrande en otros suelos más «normales».
Además, en la práctica, se determina el contenido 
de algunos componentes químicos para completar es­
ta identificación: la materia orgánica (para conocer la 
parte compresible de las partículas), el contenido de 
sulfatos (para determinar posibles disoluciones, ata­
ques al hormigón, etc.) y el contenido de carbonates 
(como posible agente cementante). Para problemas 
especiales se determina la composición química res­
tante y, sobre todo, el